双方向閾値スイッチ（OTS）デバイスメモリが二次元から三次元構造へ変化する重要な要素であり、そのコア構造は電極/硫黄系薄膜/電極から構成されている。中でも、Ge−Se硫黄系薄膜は、その優れたスイッチング特性から最も注目されているOTS材料システムしかし、この系の異なる成分区間（特にセレンリッチ領域とゲルマニウムリッチ領域）における価電子帯構造と原子構造は完全には明らかにされていない。この難題を解決するために、上海交通大学の朱敏教授チームとサイマーフェザーテクノロジーの葛青親、史南南南が協力し、利用サイマー飛ESCALAB QXi XPSプラットフォーム全組成範囲におけるGeタンセタンセ（x＝0〜100%）の電子構造と結合型分布を系統的に研究した。関連する成果は「Ge-Se ChalcogenidesのX線光電子分光鏡分析」と題して発表した。

研究チームは高分解能XPSを通じてGe 3 dコアのエネルギー準位と価電子帯構造に対して再構成分析を行い、Ge含有量の変化、配位環境の転換と結合型の再分布の間の定量的な関連を確立した。研究結果によると、Ge-Se系は異なる成分区間で3種類の構造領域を呈している：セレンリッチ領域（x<40%）は4：2のGe：Se配位構造を維持し、ゲルマニウムリッチ遷移領域（x＝40〜60%）は3：3のGe−Se配位がGe−Ge同極性結合形成と競合することを示し、ゲルマニウム支配領域（x≧70%）は72%を超える結合が同極性Ge−Ge結合であることを示した。

また、価電子帯スペクトル分析によりセレン鎖の解離と異なるタイプのGe−Se結合及び同極性Ge−Ge結合の形成も発見された。これらの結果は、Ge−Seカルコゲン化物中の成分−構造関係を確立し、欠陥媒介の結合工学によってGeの取り込みを制御することでOTS性能を最適化できることを示している。

この研究はGe−Se硫黄系材料の電子構造に対する理解を深めただけでなく、高性能OTS材料の設計と将来の高密度ストレージ技術の発展にも新しい構想を提供した。

図1.シリーズGe_xセ_1～x薄膜のGe 3 dコアエネルギー準位マップの成分による進化

図2.XPS価格帯スペクトルによるシリーズGeの分析_xセ_1−x薄膜の価電子構造

図3.セレンリッチ試料とゲルマニウムリッチ試料のXPS価電子帯スペクトルの比較

サイマー飛行ESCALAB QXi XPSシステムこの研究において重要な役割を果たし、その高分解能、高感度の検出能力は、原子級構造解析に信頼性のある技術的支持を提供した。これらの発見はGe−Se系の電子構造発展に対する私たちの理解を深めただけでなく、将来の高性能メモリ材料の設計にも新しい考え方と方法を提供した。サイマー飛は引き続き科学研究者に先進的な機器とソリューションを提供し、科学研究の絶えずの突破を支援することに力を入れていく。